Vật lý đại cương - Bài giảng bán dẫn và máy phát lượng tử phần 1 pps

Bi giảng Vật lý đại cơng Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Trờng ĐH Bách khoa H nội b¸n dÉn & M¸y ph¸t l−îng tö 1. Dẫn điện của tinh thể bán dẫn Vùng năng lợng: Si 4 điện tử hoá trị Vùng Dẫn Vùng Hoá trị E g T=0K k B T> E g kT2 E ii g e~pn = Lỗ: Trạng thái trống trong vùng hoá trị điền đầy gần hết: 0e;kk; ;vv;mm heheh eheh >== = = rr r r E g k k 2. Bán dẫn tạp chất Liên kết đồng hoá trị 1 nguyên tử dùng chung 8 điện tử hoá trị với 4 nguyên tử khác: Si, Ge, C mạng kim cơng kT2 E 2/1 d d eNn = As + - Tạp thuộc nhóm 5: P, as, Sb V Dẫn V Hoá trị mức donor E d B - + Tạp thuộc nhóm 3: B, Al, Ga, In V dẫn V Hoá trị mức Acceptor E a kT2 E 2/1 a a eNp = 3. Chuyển tiếp p-n p F1 F2 n -+ -+ -+ V V= ( F2 - F1 )/e ]1) kT eV .[exp(II 0 = V Hiệu ứng chỉnh lu Thế nghịch: p(-) n(+) Thế thuận: p(+) n(-) e h Dòng phát sinh có J ng của điện tử từ n -> p tái hợp với lỗ Dòng tái hợp có J nr J ng + J nr =0 J nr (V ngh )=J nr (0).exp(-e|V|/k B T) J ng (V ngh )=J ng (0). J nr (V th )=J nr (0).exp(e|V|/k B T) J ng (V th )=J ng (0). J ng + J nr 0 J n g + J nr 0 p n V= ( F2 - F1 )/e -+ -+ -+ e h Chiếu ánh sáng phù hợp lên chuyển tiếp p-n Lỗ (h) v điện tử (e) sinh ra. => Dòng quang điện => Pin mặt trời Điện tử bị đẩy về bên phải (thế dơng) Lỗ bị đẩy về bên trái (thế âm) Pin mặt trời §Ìn®iÖnt ö 3 c ù c ~ K A L−íi §iÖn ¸p trªn l−íi thay ®æi Ýt -> sè ®iÖn tö tõ K->A thay ®æi m¹nh -> dßng qua ®iÖn trë thay ®æi m¹nh n p n + - - + + - - + dßng lç dßng ®iÖn tö B U BC I B I E I C U BE ΔU BE ==> ΔI B ==> ΔI E >ΔI C - + - + I E = I B + I C víi I B << I C B C I I Δ Δ =β HÖ sè khuyÕch ®¹i dßng l−íi 4. Transitor E C B n-p-n E C B p-n-p C + ΔU BE + ΔI B + ΔI E + ΔI C + ΔU BC dßng dß E 5. HiÖu øng nhiÖt ®iÖn ++ p e - + n h T 1 T 2 T 1 < T 2 e vμ h khuÕch t¸n sang phÝa bªn kia phô thuéc vμo nhiÖt ®é Sù xuÊt hiÖn SuÊt ®iÖn ®éng do chªnh lÖch nhiÖt ®é gäi lμ hiÖn t−îng nhiÖt ®iÖn 6. LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 6.1. Phát xạ tự nhiên: Độc lập với nhau, không có kết hợp về pha, định hớng v độ phân cực kích thích E 2 E 1 Thời gian hệ ở trạng thái kích thích t~h/ E ~ 10 -8 -10 -9 s phát xạ h=E 2 -E 1 h=E 2 -E 1 phát xạ kích thích 6.2. Phát xạ cảm ứng: Khi có kích thích từ bên ngoi bức xạ cảm ứng có cùng hớng, cùng tần số, độ phân cực, E 2 E 1 kết hợp triệt để giữa phát xạ v kích thích [...]... hệ Nguyên tử = hạt; Mức năng lợng E2>E1 N-tổng số hạt của hệ E E1 2 kT N 2 ~ e kT N1 ~ e Xác suất hấp thụ P1 ~ N 1 ~ e Xác suất phát xạ từ mức E2 E E2 E1 0 N2 ~e N1 N2 N1 E 2 E1 kT N E1 kT P2 ~ N 2 ~ e E2 kT Tại T=300K, =3 .10 14Hz tức =1 0-6 m thì P2/P1=e-48< E1 6.4 Trạng thái đảo mật độ hạt, phân bố Bolztman mở rộng Để có phát xạ cảm... P1=P2 (phát xạ cảm ứng= hấp thụ cảm ứng) thì T= vì E2>E1 6.4 Trạng thái đảo mật độ hạt, phân bố Bolztman mở rộng Để có phát xạ cảm ứng thì P2 >P1 hay N2 >N1 P2 N 2 = =e P1 N 1 E 2 E1 kT N2 E 2 E1 ln = >0 N1 kT Nên T0 cân bằng nhiệt động lực Boltzman T . E 2 >E 1 . N-tæng sè h¹t cña hÖ kT E 1 1 e~N − kT E 2 2 e~N − E N 0 E 2 E 1 N 2 N 1 kT EE 1 2 12 e~ N N − − X¸c suÊt hÊp thô kT E 11 1 e~N~P − kT E 22 2 e~N~P − T¹i T=300K, ν =3 .10 14 Hz tøc λ =10 -6 m. Al, Ga, In V dẫn V Hoá trị mức Acceptor E a kT2 E 2 /1 a a eNp = 3. Chuyển tiếp p-n p F1 F2 n -+ -+ -+ V V= ( F2 - F1 )/e ]1) kT eV .[exp(II 0 = V Hiệu ứng chỉnh lu Thế nghịch: p (-) n(+) Thế. Radiation) 6 .1. Phát xạ tự nhiên: Độc lập với nhau, không có kết hợp về pha, định hớng v độ phân cực kích thích E 2 E 1 Thời gian hệ ở trạng thái kích thích t~h/ E ~ 10 -8 -1 0 -9 s phát xạ h=E 2 -E 1 h=E 2 -E 1 phát